ES2546448T3 - Una pala de aerogenerador multi-panel - Google Patents

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ES2546448T3
ES2546448T3 ES08003243.6T ES08003243T ES2546448T3 ES 2546448 T3 ES2546448 T3 ES 2546448T3 ES 08003243 T ES08003243 T ES 08003243T ES 2546448 T3 ES2546448 T3 ES 2546448T3
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Hely Ricard Savio
Ion Arocena DE LA RÚA
Eneko Sanz Pascual
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Gamesa Innovation and Technology SL
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Abstract

Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) que comprende al menos una seccion longitudinal de una viga central (7) y al menos dos secciones longitudinales de conchas (5, 9), caracterizada porque: a) cada secciOn de la viga central (7, 7', 7") esta compuesta por dos paneles prefabricados de alas (15, 17) y dos prefabricados paneles de almas (19, 21) dispuestos uno al lado del otro en forma de cajó; b) dichas secciones de conchas (5, 5', 5", 5", 5"; 9, 9', 9", 9") estan dispuestas adyacentemente a las secciones de la viga central (7, 7', 7") formando el borde de ataque y el borde de salida de la correspondiente secci6n de la pala; c) dichas secciones de conchas (5, 5', 5", 5", 5"; 9, 9', 9", 9'") estan compuestas par un solo panel prefabricado (31, 33) o par dos paneles prefabricados: un primer panel prefabricado (11, 23) en el lado de presion y un segundo panel prefabricado (13, 25) en el lado de succion; d) el perfil aerodinamico de la pala esta definido par dichos paneles de alas (15, 17) y par dichos paneles Canicos de conchas (31; 33) o por dichos primer y segundo paneles de conchas (11, 23; 13, 25) caracterizada porque e) los paneles de alas (15, 17), los paneles de almas (19, 21) y los paneles de conchas (11, 13; 25, 27; 31, 33) incluyen prolongaciones planas (41, 43, 45) en los bordes de sus zonas de union que conectan en el mismo punto dichos paneles de alas (15, 17), paneles de almas (19, 21) y paneles de conchas (11, 13; 25, 27; 31, 33), siendo dichas prolongaciones planas (41, 43, 45) paralelas entre ellas .

Description

UNA PALA DE AEROGENERADOR MUL TI-PANEL
CAMPO DE LA INVENCION
5
La presente invención se refiere en general a palas de aerogeneradores y más en particular a palas multi-panel para facilitar su fabricación y transporte.
ANTECEDENTES
10 15 2 O 25 3 O
Los aerogeneradores incluyen un rotor que soporta varias palas que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio de un tren de potencia acoplado a un generador eléctrico para producir energía eléctrica. La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de palas que recibe la acción del viento y, consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador. Sin embargo, el tamaño de las palas para parques eólicos situados en tierra está limitado actualmente en cierta medida por condicionamientos infraestructurales y de transporte. En particular, el tamaño de puentes y túneles limita el tamaño de la máxima cuerda de la pala. Para resolver en particular los problemas planteados por palas de gran longitud la técnica anterior describe la división de la pala en dos o más secciones longitudinales provistas con medios de unión, de manera que cada sección pueda ser fabricada individualmente y todas las secciones puedan ser ensambladas en el lugar de instalación del aerogenerador. Algunos ejemplos de esa técnica anterior son los siguientes. DE 3 109 566 describe una pala de aerogenerador subdivida en al menos dos secciones longitudinales que se unen mediante un perno extensible. US 4,389,182 describe una pala de aerogenerador subdivida en varias secciones longitudinales que están interconectadas por miembros
tensionadores tales como cables de acero pasantes a través de las secciones de la pala.
EP 1 244 873 A 1 describe una pala de aerogenerador subdividida en secciones longitudinales que se unen por medio de una unión a ras que comprende varios clips dispuestos a lo largo de la junta con sus respectivos extremos fijados a las secciones objeto de unión y pernos para fijar dichos clips.
EP 1 584817 A1 Y WO 2006/103307 del mismo solicitante de la presente invención describe una pala de aerogenerador subdividida en secciones longitudinales con medios mejorados de unión.
También se conoce técnica anterior que describe la división de la pala en varias secciones transversales adicional ó independientemente a la división en secciones longitudinales. Algunos ejemplos de esa técnica anterior son los siguientes.
EP 1 184 566 A 1 describe una pala de aerogenerador que está formada ensamblando una, dos o más secciones longitudinales, cada una de las cuales comprende un elemento central formado por un tubo longitudinal de fibra de carbono sobre el que están montadas una serie de costillas transversales de fibra de carbono o fibra de vidrio unidas a dicha zona central y una cubierta de fibra de carbono o fibra de vidrio unida a dichas costillas.
WO 01/46582 A2 describe una pala de aerogenerador que tiene una pluralidad de elementos divididos unidos a un viga cajón transmisora de la carga y separados por juntas elásticas que permiten a dichos elementos divididos movimientos entre ellos de cara a minimizar los esfuerzos de tracción en la región de la pala en la que están situados dichos elementos divididos.
La actual tendencia en la industria de aerogeneradores a palas de rotor más grandes demanda nuevos diseños de palas aptos para cumplir con los condicionantes de transporte y con los condicionantes de calidad en la fabricación planteados por palas que pueden alcanzar longitudes de 100 m y cuerdas máximas de 8 m.
3 O La presente invención está orientada a la satisfacción de esa demanda.
SUMARIO DE LA INVENCION
Un objeto de la presente invención es proporcionar una configuración de
una pala de aerogenerador que permite el montaje de palas de aerogenerador
5
grandes en el lugar de su instalación en un parque eólico o en una nave
próxima al parque eólico.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una configuración
de una pala de aerogenerador en la que se ensamblan todos los paneles de la
pala mediante uniones atornilladas, resultando una estructura más confiable y
10
más ligera que las típicas estructuras encoladas de palas de aerogeneradores.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una configuración
de una pala de aerogenerador que permite optimizar su diseño.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pala de
aerogenerador fácil de fabricar, manejar y transportar.
15
Este y otros objetos de la presente invención se consiguen
proporcionando una pala de aerogenerador que comprende al menos una
sección longitudinal de una viga central y al menos dos secciones longitudinales
de conchas en la que:
-Cada sección de la viga central está compuesta por dos paneles
2O
prefabricados de alas y dos paneles prefabricados de almas uno al lado de otro
en forma de cajón.
-Dichas secciones de conchas están dispuestas adyacentemente a la
viga central formado el borde de ataque y el borde de salida de la
correspondiente sección de la pala.
25
-Dichas secciones de conchas están compuestas por un solo panel
prefabricado o por dos paneles prefabricados en los lados de presión y succión.
-El perfil aerodinámico de la pala está definido por dichos paneles de
alas y por dichos paneles de las conchas.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
3O
de la siguiente descripción detallada en relación con las figuras que se
acompañan.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una pala
de aerogenerador según la presente invención.
5
La Figura 2 es una vista esquemática en sección transversal de una pala
de aerogenerador según la presente invención, mostrando una primera
realización de las conchas.
La Figura 3 es una vista esquemática en sección transversal de una pala
de aerogenerador según la presente invención mostrando una segunda
10
realización de las conchas.
La Figura 4 es una vista en planta de una pala de aerogenerador según
la presente invención mostrando una primera realización de las divisiones
longitudinales de la viga central y las conchas.
La Figura 5 es una vista en planta de una pala de aerogenerador según
15
la presente invención mostrando una segunda realización de las divisiones
longitudinales de la viga central y las conchas.
La Figura 6 es una vista en planta de una pala de aerogenerador según
la presente invención mostrando una tercera realización de las divisiones
longitudinales de la viga central y las conchas.
2 O
La Figura 7 es una vista en sección transversal de una junta atornillada
entre tres paneles de una pala de aerogenerador según la presente invención.
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
25
Esta invención proporciona una pala de aerogenerador con una
estructura multi-panel para optimizar la calidad de su fabricación y su transporte.
La invención implica dividir el conjunto de la pala para su montaje in-situ de cara
a lograr los siguientes objetivos.
Un primer objetivo es permitir el transporte de palas grandes al lugar de
3 O
montaje y su montaje in situ.
Un segundo objetivo es la obtención de una estructura más confiable y
más ligera que las típicas estructuras encoladas de palas de aerogeneradores.
Un tercer objetivo es permitir la sección de diferentes materiales y/o
procesos de fabricación y/o configuraciones estructurales para las diferentes
partes de la pala. Al igual que en cualquier estructura, los requerimientos de las
distintas partes son muy diferentes: la viga central es el elemento principal de
5
soporte de carga mientras que las conchas son las partes responsables de la
funcionalidad aerodinámica y tienen menos importancia estructural. En la viga
central las alas soportan mayores cargas que las almas. Una pala multi-panel
permite el uso de diferentes materiales y/o procesos de fabricación y/o
configuraciones estructurales para cada parte de la pala de acuerdo con sus
10
requerimientos, lo que implica una optimización del coste de la pala.
Un cuarto objetivo es mejorar el proceso de fabricación de las palas
especialmente en aspectos tales como el control de calidad, la productividad, la
logística y el tamaño de las plantas.
En palas de una pieza, el aseguramiento de la calidad está muy
15
condicionado por su tamaño. En palas multi-panel el aseguramiento de la
calidad y las potenciales reparaciones, si se necesitan, es más fácil y
consiguiente se pueden reducir los costes de la no-conformidad.
Adicionalmente, el control de calidad estadístico también se mejora y es posible
un mejor evolución del proceso de fabricación.
2 O
El tiempo de entrega y el tiempo de servicio de palas fabricadas en una
pieza es alto. Esos tiempos aumentan con el incremento de su tamaño. Las
palas multi-panel permiten la fabricación de las distintas partes en paralelo y
que la etapa final de la fabricación de la pala se convierta en una pura etapa de
montaje.
25
Las palas multi-panel permiten al fabricante de palas organizar sus
planes de acuerdo con diferentes criterios y subcontratar la fabricación de
alguna de las partes si es necesario.
Como se ilustra en la Fig. 1, la sección transversal del perfil de la pala de
acuerdo con la presente invención está configurado como una sección de tres
3 O
celdas: la viga central 7, la concha 5 del borde de ataque y la concha 9 del
borde de salida formadas por uno o varios paneles.
La concha 5 del borde de ataque está formada por un panel 11 en el lado
de presión del borde de ataque y un panel 13 en el lado de succión del borde de
ataque.
La viga central 7 está formada por un panel frontal de alma 19, un panel
5
de ala 15 en el lado de presión, un panel de ala 17 en el lado de succión y un
panel trasero de alma 21.
La concha 9 del borde de salida está formada por un panel 23 en el lado
de presión del borde de salida y un panel 25 en el lado de succión del borde de
salida.
10
En una primera realización de las conchas según la presente invención
ilustrada en la Fig. 2, la concha 5 del borde de ataque está formada por un
panel único 31 y la concha 9 del borde de salida está formada por dos paneles
23,25.
En una segunda realización de las conchas según la presente invención
15
ilustrada en la Fig. 3, la concha 5 del borde de ataque está formada por un
panel único 31 y la concha 9 del borde de salida también está formada por un
panel único 33.
La pala puede incluir también una parte final adicional 35 en el borde de
salida (mostrada solo en la Fig. 2) para mejorar el funcionamiento aerodinámico
2 O
de su extremo final y evitar juntas en el borde de salida de la pala.
Como se ilustra en las Figuras 4, 5, 6, la pala puede comprender una o
varias secciones longitudinales de la viga central 7, 7', 7", una o varias
secciones longitudinales de la concha 5, 5', 5", 5"', 5"" del borde de ataque y
una o varias secciones longitudinales de la concha 9, 9', 9", 9'" del borde de
25
salida. La pala también comprende una sección final 10 que se fabrica como
una parte extra y que se ensambla a la viga central y a las conchas.
Preferiblemente el número de secciones longitudinales de las conchas es
igualo mayor que el número de secciones longitudinales de la viga central.
En la realización mostrada en la Fig. 4 la pala 1 comprende una sección
3 O
longitudinal de viga central 7, una sección longitudinal de concha 5 de borde de
de ataque, una sección longitudinal de concha 9 de borde de salida y una
sección final 10.
En la realización mostrada en la Fig. 5 la pala 3 comprende una sección
longitudinal de viga central 7, cuatro secciones longitudinales de concha 5', 5",
5"', 5"" de borde de de ataque, tres secciones longitudinales de concha 9', 9",
9'" de borde de salida y una sección final 10.
5
En la realización mostrada en la Fig. 6 la pala 5 comprende dos
secciones longitudinales de viga central 1', 7", cuatro secciones longitudinales
de concha 5', 5", 5"', 5"" de borde de de ataque, tres secciones longitudinales
de concha 9', 9", 9'" de borde de salida y una sección final 10.
Una diferencia relevante entre esta configuración multi-panel y las palas
10
multi-parte de la técnica anterior es que los paneles están dispuestos
adyacentemente y consecuentemente los paneles de alas no solo tienen una
función estructural sino también una función aerodinámica, mientras que las
configuraciones de las palas de la técnica anterior está basada en una cubierta
exterior aerodinámica y una alas y almas interiores de soporte de cargas.
15
La pala se monta uniendo todos los paneles adyacentes.
Medios mecánicos, medios químicos o combinaciones de medios
mecánicos y medios químicos pueden ser usados para las juntas longitudinales
entre las secciones longitudinales de la viga central.
Juntas mecánicas, tales como juntas atornilladas, pueden ser usadas en
2 O
las juntas longitudinales de conchas yen las juntas transversales entre paneles.
Juntas químico-mecánicas, es decir juntas combinando medios
mecánicos tales como tornillos y medios químicos tales como medios de
encolado también pueden ser usadas en las juntas longitudinales de conchas y
en las juntas transversales entre paneles.
25
Mientras que en las palas segmentadas conocidas en la técnica las
juntas requeridas solo involucran dos componentes de la pala, la configuración
multi-panel de la presente invención puede involucrar juntas entre tres paneles,
por ejemplo la junta mostrada en la Fig. 7 entre una ala de viga 17, un alma de
viga 21 y un panel 25 del borde de salida.
3O
En este caso la junta es una junta atornillada 29 entre los tres paneles
17, 21, 25 cuyos bordes incluyen prolongaciones planas 41, 43, 45 paralelas
entre ellas para permitir tal tipo de junta. Como se ilustra en la Fig. 7, las
prolongaciones planas 41. 43 de los paneles de ala de viga y de borde de salida
17,25 siguen el perfil de dichos paneles y la prolongación plana 45 del panel de
alma de viga 21 está configurada como una prolongación angular de ese panel.
En cualquier caso, las juntas entre paneles deben mantener la superficie
5
aerodinámica requerida de la pala usando, si es necesario, materiales de
sellado o carenas cubriendo los bordes de paneles adyacentes.
Una característica importante de la presente invención es que los
materiales, la configuración estructural y el proceso de fabricación de cada tipo
de panel e incluso del mismo tipo de panel en diferentes secciones
10
longitudinales de la pala puede ser diferente, permitiendo una optimización del
diseño de la pala y de su fabricación.
En este sentido las principales opciones son las siguientes.
-Configuración estructural: Laminados sólidos y configuraciones
sándwich.
15
-Materiales: Plásticos Reforzados con Fibras (en particular Plásticos
Reforzados con Fibras de Carbono y Plásticos Reforzados con Fibras de Vidrio)
combinados con diferentes materiales de base para las configuraciones
sándwich.
-Procesos de fabricación: Moldeado de preimpregnados / Inyección de
2 O
Resina / Moldeado de Laminados húmedos y Autoclave / Consolidación asistida
con Vacio.
En relación con las realizaciones mencionadas anteriormente, las
principales características de los diferentes paneles son las siguientes:
-Paneles 11, 13, 31 del borde de ataque. Configuración sándwich de
25
plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP) con espuma en la parte central. El
panel único curvo 31 de borde de ataque se fabrica sobre un molde hembra.
-Paneles de ala de viga 15, 17 en palas con dos secciones longitudinales
de viga central. Aparte de la sección de raíz (no mostrada), la pala 5 comprende
una primera sección 7' en la que los paneles de ala de viga 15, 17 consisten en
3 O
una primera zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de vidrio
con un centro de madera de balsa y una segunda zona hecha como un
sándwich de preimpregnado de fibra de vidrio con fibras de vidrio o perfiles
pultruidos de fibras de carbono en la zona central y una segunda sección 7" en la que en la que los paneles de ala de viga 15, 17 consisten en una primera zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de carbono con fibras de vidrio o perfiles pultruidos de fibras de carbono en la zona central, una 5 segunda zona hecha como un sándwich de preimpregnado de fibra de carbono con un centro de madera de balsa y una tercera zona hecha como laminado sólido de preimpregnado de fibra de carbono. Como bien comprenderá el experto en la materia dicha estructura es el resultado de un proceso de diseño teniendo en cuenta todos los criterios relevantes y en particular los
10 requerimientos de resistencia y rigidez. -Paneles de alma de viga 19,21. Construcción sándwich con GFRP y un centro de espuma. -Paneles 23, 25, 33 del borde de salida. Construcción sándwich con GFRP y un centro de espuma.
15 Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por las reivindicaciones siguientes.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) que comprende al menos una sección longitudinal de una viga central (7) y al menos dos secciones longitudinales de conchas (5, 9), caracterizada porque:
    a) cada sección de la viga central (7, 1', 7") está compuesta por dos paneles prefabricados de alas (15, 17) Y dos prefabricados paneles de almas (19,21) dispuestos uno aliado del otro en forma de cajón;
    b) dichas secciones de conchas (5, 5', 5", 5''', 5""; 9, 9', 9", 9"') están dispuestas adyacentemente a las secciones de la viga central (7, 1', 7") formando el borde de ataque y el borde de salida de la correspondiente sección de la pala;
    c) dichas secciones de conchas (5, 5', 5", 5"', 5""; 9, 9', 9", 9"') están compuestas por un solo panel prefabricado (31, 33) o por dos paneles prefabricados: un primer panel prefabricado (11, 23) en el lado de presión y un segundo panel prefabricado (13, 25) en el lado de succión;
    d) el perfil aerodinámico de la pala está definido por dichos paneles de alas (15, 17) Y por dichos paneles únicos de conchas (31; 33) o por dichos primer y segundo paneles de conchas (11, 23; 13, 25) caracterizada porque
    e) los paneles de alas (15, 17), los paneles de almas (19, 21) Y los paneles de conchas (11, 13; 25, 27; 31, 33) incluyen prolongaciones planas (41, 43, 45) en los bordes de sus zonas de unión que conectan en el mismo punto dichos paneles de alas (15, 17), paneles de almas (19, 21) Y paneles de conchas (11, 13; 25, 27; 31, 33), siendo dichas prolongaciones planas (41, 43, 45) paralelas entre ellas.
  2. 2.-Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según la reivindicación 1, caracterizada porque las secciones de concha (5, 5', 5", 5"', 5"") que forman el borde de ataque están compuestas de un único panel prefabricado (31) y las secciones de concha (9, 9', 9", 9"') que forman el borde de salida están compuestas por un primer panel prefabricado (23) en el lado de presión y un segundo panel prefabricado (25) en el lado de succión.
  3. 3.-Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según la reivindicación 1, caracterizada porque las secciones de concha (5, 5', 5", 5"', 5"") que forman el borde de ataque y las secciones de concha (9, 9', 9", 9"') que forman el borde de salida están compuestas están compuestas de un único panel (31, 33) prefabricado.
  4. 4.-Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque las secciones de concha (9, 9', 9", 9"') del borde de salida también incluyen una pieza adicional (35) en su extremo final.
  5. 5.-Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque también comprende una sección longitudinal final (10).
  6. 6.-Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque el número de dichas secciones longitudinales de conchas (5, 5', 5", 5"', 5""; 9, 9', 9", 9"') es igualo mayor que el número de dichas secciones longitudinales de viga central (7, 1', 7").
  7. 7.-Una pala de aerogenerador (1) según la reivindicación 6, caracterizada porque comprende una sección longitudinal de viga central (7) y dos secciones longitudinales de conchas (5, 9).
  8. 8.-Una pala de aerogenerador (3) según la reivindicación 6, caracterizada porque comprende una sección longitudinal de viga central (7) y varias secciones longitudinales de conchas (5', 5", 5"', 5""; 9', 9", 9"').
  9. 9.-Una pala de aerogenerador (5) según la reivindicación 6, caracterizada porque comprende varias secciones longitudinal de viga central (1', 7") Yvarias secciones longitudinales de conchas (5' 5" , 5'" , 5""·"9' 9" 9"') .
    , ,
    5
    10.Una pala de aerogenerador (5) según la reivindicación 9, caracterizada porque las siguientes características de los paneles de alas (15, 17) de al menos dos secciones longitudinal de viga central (7', 7") son diferentes entre ellas: -el material de los paneles de alas (15. 17); -la configuración estructural de los paneles de alas (15, 17).
    10
    11.Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizada porque todas las juntas entre paneles son juntas mecánicas.
    15
    12.Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizada porque todas las juntas entre los paneles (15, 17, 19,21) de la viga central son juntas químicas y porque las juntas entre los paneles de conchas (11,13; 23, 25; 31; 33) Y los paneles (15,17,19,21) de la viga central son juntas mecánicas.
    2 O
    13.Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizada porque todas las juntas entre paneles son juntas químico-mecánicas.
    25
    14.Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizada porque el material de los paneles de alas (15, 17) incluye uno de los siguientes: -un Plástico Reforzado con Fibra de Carbono; -un Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio.
    30
    15Una pala de aerogenerador (1, 3, 5) según cualquiera de las reivindicaciones 1-13 caracterizada porque la configuración estructural de los paneles del alas (15,17) incluye una de las siguientes: -un laminado sólido; -una configuración en sandwich.
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